東京都世田谷区出生、大阪府松原市出身。レプロエンタテインメント所属。身長188cm、体重84kg。
名前の三郎を苗字の時任に引っ掛けて「時任三郎」とよくからかわれることがある。本人は出演していないものの、テレビドラマ『古畑任三郎』の「任三郎｣という名前は、時任三郎が『笑っていいとも!』に出演した際、タモリが名前を「ときとうさぶろう」ではなく「ときにんざぶろう」と冗談で読み、その話を偶然耳にした三谷幸喜が、その話を元に名づけたものであると言われている。しかし、からかわれる事があっても別に腹立ったり、怒ったりしている様子は特にない。
またそれ以前にも『オシャレ30・30』に出演の際、司会の古舘伊知郎から冗談で｢今日のゲストはときにんざぶろうさんです｣と紹介されたことがあった。
なお、「ときにんざぶろう」は、TBS系列で放送されていた音楽番組「ザ・ベストテン」に時任が出演した際、時任の登場シーンで、時任と親しい司会者の小西博之が声高らかに誤読して紹介するハプニングがあった。
小西は恥ずかしさのあまり顔を真っ赤にしながら即座に番組内で時任や視聴者に謝っている。
タモリや古館はこのエピソードを伝え聞いてトークに使ったものと思われる。
東京都世田谷区で生まれ、青森県弘前市から大阪府松原市と転々とする。1973年大阪市立工芸高等学校・木材工芸科（現インテリアデザイン科）に入学。1976年、大阪芸術大学デザイン学科入学。その後、俳優養成所に通っていた1980年にミュージカル『HAIR』で俳優デビュー。その頃はバンド活動も行っていて、同年レコードデビュー。1981年にはドラマデビュー。1983年には代表作となるドラマ『ふぞろいの林檎たち』で注目される。その後はエッセイを出すなど、俳優活動だけには留まらない。
1988年に三共が発売した栄養ドリンク「リゲイン」のCMにて、「24時間タタカエマスカ」というキャッチコピーと共に、初代CMキャラクターに起用される。最初のCMではそれほど注目されなかったものの、1989年に入り「牛若丸三郎太」というキャラクターに扮し、後にシングルCD化としてリリースされた『勇気のしるし』をCMで歌う。
非常に子煩悩であることで知られる。1999年、3児の父である時任は、子供をのびのび育てたいと家族でニュージーランドに移住。その間、役者の仕事はほとんど入れずに、全ての時間を家族とのふれあいに使った。子供が大きくなり、子育てが一段落したことから2003年に帰国。
最近では浜田省吾の楽曲『Iamafather』や、aikoの楽曲『三国駅』のプロモーションビデオでも父親役を演じている。
叔父は時任学園中等教育学校を経営。また、実兄も同学校で教師経験あり。本人も時には、学校の農作業を手伝う場合もあるという。
本人曰く無口であるが話の内容を事前に組み立てていたりとかなりおしゃべりである。『メントレG』では「全然無口じゃないじゃないですか!」とTOKIOのメンバーにツッコまれると「俺は無口です」と言い張った。そのあともおしゃべりは止まらなかった。おちゃめな一面もある。また、長年大阪に在住していた事もあり、関西出身のタレント・芸人と共演する時は関西弁で話すこともある。
俺っちのウェディング（1983年）
海燕ジョーの奇跡（1984年）
地平線（1984年）
ハワイアン・ドリーム（1987年）
永遠の1/2（1987年）
アゲイン明日への誓い（アゲイン男たちの挽歌III）（1989年）
SPYGAMES（1990年）
バカヤロー!3へんな奴ら第三話「会社をナメるな」（1990年）
満月（1991年）
ゴジラvsキングギドラ（1991年）TVディレクター役
いつかどこかで（1992年）
トキワ荘の青春（1996年）
天国までの百マイル（2000年）
TWOLOVE〜二つの愛の物語〜キャッチボール（2005年）主演・山田隆役
LMITOFLOVE海猿（2006年東宝）
ハッピーフライト（2008年11月15日公開）
THELASTMESSAGE-海猿（2010年9月18日公開）
雷桜（2010年10月22日公開、東宝）
DOG×POLICE純白の絆（2011年10月1日公開）
BRAVEHEARTS海猿(2012年7月公開予定東宝)